Методика применения электронного учебника на занятиях по электротехнике "Трёхфазные цепи"

Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину двух типов: турбогенератор и гидрогенератор. Модель трехфазного генератора схематически изображена на рис. 3.1 (рисунок проецируется на экране)

На схеме обмотку (или фазу) источника питания изображают как показано на рис. 3.2. (рисунок проецируется на экране)

Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС показаны на рис. 3.3. ( графики проецируется на экране)

Если ЭДС одной фазы (например, фазы А) принять за исходную и считать её начальную фазу равной нулю, то выражения мгновенных значений ЭДС можно записать в виде

eA = Em sin ?t, (3.1)

eB = Em sin (?t - 120°),

eC = Em sin (?t - 240°) = Em sin (?t + 120°).

Из графика мгновенных значений (рис 3.3) следует

eA + eB + eC = 0 (3.2)

Комплексные действующие ЭДС будут иметь выражения:

EA = Em ej0° = Em (1 + j0), (3.3)

EB = Em e-j120° = Em (-1/2 - jv3/2),

EC = Em e+j120° = Em (-1/2 + jv3/2).

Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС показана на рис 3.4а. (рисунок проецируется на экране)

Из векторных диаграмм рис 3.4 следует, что для симметричной трехфазной системы геометрическая сумма векторов ЭДС всех фаз равна нулю:

EA + EB + EC = 0. (3.4)

Запишем следующий вопрос

Соединение фаз генератора и приемника звездой

При соединение фаз обмотки генератора (или трансформатора) звездой их концы X, Y и Z соединяют в одну общую точку N, называемую нейтральной точкой (или нейтралью) (рис. 3.6). (рисунок проецируется на экране) Концы фаз приемников (Za, Zb, Zc) также соединяют в одну точку n. Такое соединение называется соединение звезда.

Провода A-a, B-b и C-c, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными, провод N-n, соединяющий точку N генератора с точкой n приемника, - нейтральным.

Трехфазная цепь с нейтральным проводом будет четырехпроводной, без нейтрального провода - трехпроводной.

В трехфазных цепях различают фазные и линейные напряжения.

Фазное напряжение UФ - напряжение между началом и концом фазы или между линейным проводом и нейтралью (UA, UB, UC у источника; Ua, Ub, Uc у приемника).Если сопротивлением проводов можно пренебречь, то фазное напряжение в приемнике считают таким же, как и в источнике. (UA = Ua, UB = Ub, UC = Uc). За условно положительные направления фазных напряжений принимают направления от начала к концу фаз.

Линейное напряжение (UЛ) - напряжение между линейными проводами или между одноименными выводами разных фаз (UAB, UBC, UCA). Условно положительные направления линейных напряжений приняты от точек, соответствующих первому индексу, к точкам соответствующим второму индексу (рис. 3.6) (рисунок проецируется на экране)

По аналогии с фазными и линейными напряжениями различают также фазные и линейные токи:

· Фазные (IФ) - это токи в фазах генератора и приемников.

· Линейные (IЛ) - токи в линейных проводах.

При соединении в звезду фазные и линейные токи равны

IФ = IЛ. (3.5)

Ток, протекающий в нейтральном проводе, обозначают IN.

По первому закону Кирхгофа для нейтральной точки n(N) имеем в комплексной форме

IN = IA + IB + IC. (3.6)

В соответствии с выбранными условными положительными направлениями фазных и линейных напряжений можно записать уравнения по второму закону Кирхгофа.

UAB = UA - UB; UBC = UB - UC; UCA = UC - UA. (3.7)

Действующие значения линейных напряжений можно определить графически по векторной диаграмме или по формуле (3.8), которая следует из треугольника, образованного векторами двух фазных и одного линейного напряжений:

UЛ = 2 UФ cos 30°

Или

UЛ = v3UФ. (3.8)

Классификация приемников в трехфазной цепи

Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть либо однофазными, либо трехфазными. К однофазным приемникам относятся электрические лампы накаливания и другие осветительные приборы, различные бытовые приборы, однофазные двигатели и т.д. К трехфазным приемникам относятся трехфазные асинхронные двигатели и индукционные печи.

Обычно комплексные сопротивления фаз трехфазных приемников равны между собой:

Za = Zb = Zc = Zej?. (3,9)

Такие приемники называют симметричными. Если это условие не выполняется, то приемники называют несимметричными. При этом, если Za = Zb = Zc, то трехфазный приемник называют равномерным, если ?a = ?b = ?c, то однородным.

Запишем следующий вопрос.

Соединение фаз генератора и приемника треугольником

При соединении источника питания треугольником (рис. 3.12) (рисунок проецируется на экране) конец X одной фазы соединяется с началом В второй фазы, конец Y второй фазы - с началом С третьей фазы, конец третьей фазы Z - c началом первой фазы А. Начала А, В и С фаз подключаются с помощью трех проводов к приемникам.

Соединение фаз источника в замкнутый треугольник возможно при симметричной системе ЭДС, так как

EA + EB + EC = 0. (3.17)

Если соединение обмоток треугольником выполнено неправильно, т.е. в одну точку соединены концы или начала двух фаз, то суммарная ЭДС в контуре треугольника отличается от нуля и по обмоткам протекает большой ток. Это аварийный режим для источников питания, и поэтому недопустим.

Напряжение между концом и началом фазы при соединении треугольником - это напряжение между линейными проводами. Поэтому при соединении треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению.

UЛ = UФ. (3.18)

В отличие от соединения звездой при соединении треугольником фазные токи не равны линейным. Токи в фазах приемника определяются по формулам

Iab = Uab / Zab; Ibc = Ubc / Zbc; Ica = Uca / Zca. (3.19)

Линейные токи можно определить по фазным, составив уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов a, b и c (рис 3.12)

IA = Iab - Ica;

IB = Ibc - Iab;

IC = Ica - Ibc. (3.20)

Сложив левые и правые части системы уравнений, (3.20), получим

IA + IB + IC = 0, (3.21)

т.е. сумма комплексов линейных токов равна нулю как при симметричной, так и при несимметричной нагрузке.

Запишем следующий вопрос.

Мощность трехфазной цепи, ее расчет и измерение

В трехфазных цепях, так же как и в однофазных, пользуются понятиями активной, реактивной и полной мощностей.

Измерение активной мощности в трехфазных цепях

Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для измерения активной мощности определяется схемой сети (трех- или четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника (звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная или несимметричная), доступностью нейтральной точки.

При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 3.18) (рисунок проецируется на экране), каждый из которых измеряет мощность одной фазы - фазную мощность.

Активная мощность приемника определяют по сумме показаний трех ваттметров

P = P1 + P2 + P3, (3.42)

где

P1 = UA IA cos ?A;

P2 = UB IB cos ?B;

P3 = UC IC cos ?C.

Измерение мощности тремя ваттметрами возможно при любых условиях.

При симметричном приемнике и доступной нейтральной точке активную мощность приемника определяют с помощью одного ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы PФ по схеме рис. 3.19. (рисунок проецируется на экране) Активная мощность всего трехфазного приемника равна при этом утроенному показанию ваттметра:

P = 3 PФ

Измерение активной мощности симметричного приемника в трехфазной цепи одним ваттметром применяют только при полной гарантии симметричности трехфазной системы.

Измерение активной мощности двумя ваттметрами

В трехпроводных трехфазных цепях при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения приемников широко распространена схема измерения активной мощности приемника двумя ваттметрами (рис. 3.21) (рисунок проецируется на экране). Показания двух ваттметров при определенной схеме их включения позволяют определить активную мощность трехфазного приемника, включенного в цепь с симметричным напряжением источника питания.

На рис. 3.21 показана одна из возможных схем включения ваттметров: здесь токовые катушки включены в линейные провода с токами IA и IB, а катушки напряжения - соответственно на линейные напряжения UAC и UBC.

Сумма показаний двух ваттметров равна активной мощности Р трехфазного приемника.

При симметричной нагрузке

компьютерный обучение программа электротехника

IA = IB = IЛ, UAC = UBC = UЛ.

В рассматриваемом случае показания ваттметров можно выразить формулами

P1 = UЛ IЛ cos(? - 30°), (3.49)

P2 = UЛ IЛ cos(? + 30°). (3.50)

Сумма показаний ваттметров

P1 + P2 = UЛ IЛ [cos(? - 30°) + cos(? + 30°)] = v3UЛ IЛ cos ?. (3.51)

Ввиду того, что косинусы углов в полученной формуле могут быть как положительными, так и отрицательными, в общем случае активная мощность приемника, измеренная по методу двух ваттметров, равна алгебраической сумме показаний.

При симметричном приемнике показания ваттметров Р1 и Р2 будут равны только при ? = 0°. Если ? > 60°, то показания второго ваттметра Р2 будет отрицательным. [30,31,33,34]

Подведение итогов

Подведение итогов занятия, анализ усвоения учебного материала методом устного опроса

- Назовите основные элементы трёхфазной электрической цепи.

- Дать определение фазного напряжения.

- Дать определение линейного напряжения.

Домашнее задание: Изучить пройденный материал, ответить на вопросы для подготовки к практическому занятию в разделе «ПРАКТИКУМ». Для самоконтроля рекомендую выполнить тестовые задания в разделе «КОЛЛОКВИУМ».

2.3.2 План-конспект №2

Тема: «Расчет трехфазных цепей при соединении потребителей звездой и треугольником»

Занятие: Практическое.

Цель занятия: Сформировать навыки расчёта трёхфазных цепей.

Задачи:

Обучающая: Формировать умения, навыки решения задач по расчёту трёхфазных цепей

Развивающая: Развивать у студентов умение применять приёмы расчётов трёхфазных цепей в решении задач.

Воспитывающая: Формирование умений осуществлять самоконтроль хода и результатов своего труда, показ важности и практической значимости творческого подхода к решению поставленных задач.

Обеспечение занятия:

МТО: Персональный компьютер, интерактивная доска, мультимедийный проектор.

ДО: Электронный учебник «Электротехника»

МО: Электротехника. Учебное пособие для ВУЗов. Развёрнутый план-конспект.

Структура занятия

1. Организационный момент 3-5 мин.

2. Актуализация опорных знаний 3-5 мин.

3. Примеры расчёта трёхфазных цепей 30-35 мин.

4. Самостоятельная работа 30-40 мин.

5. Подведение итогов 3-5 мин.

Итого: 90 мин.

Ход занятия:

1. Организационный момент

Преподаватель приветствует студентов, проверяет посещаемость занятия.

Тема сегодняшнего занятия «Расчет трехфазных цепей при соединении потребителей звездой и треугольником»

В течение занятия мы рассмотрим примеры расчёта трёхфазных цепей и в конце занятия выполним самостоятельную работу.

В целях повышения качества усвоения учебного материала на занятии будет использоваться электронный учебник.

2. Актуализация опорных знаний

Чтобы успешно справиться с поставленной задачей, мы должны вспомнить пройденный материал. Для чего проведём устный опрос.

- Дать определение фазных и линейных токов. Каково соотношение между этими токами при соединении приемника по схеме звезда?

- Какая нагрузка называется симметричной?

- Как вычислить ток в нейтральном проводе?

- Что такое симметричная трехфазная система напряжений?

По вашим ответам можно сделать вывод, что Вы готовы к работе. Итак, начнем.

3. Примеры расчёта трёхфазных цепей

Откройте на своих персональных компьютерах электронный учебник, раздел «Практикум, цепи трёхфазного тока»

Рассмотрим пример решения задачи при соединении источников и потребителей «звездой».

Преподаватель излагает учебный материал. Студенты записывают основные моменты (материал под запись выделен подчёркиванием).

Запишем условия задачи.

Задача 1.

Освещение здания питается от четырехпроводной трехфазной сети с линейным напряжением UЛ = 380 В. Первый этаж питается от фазы "А" и потребляет мощность 1760 Вт, второй - от фазы "В" и потребляет мощность 2200 Вт, третий - от фазы "С", его мощность 2640 Вт. Составить электрическую схему цепи, рассчитать токи, потребляемые каждой фазой, и ток в нейтральном проводе, вычислить активную мощность всей нагрузки. Построить векторную диаграмму.

Анализ и решение задачи 1

Схема цепи показана на рис. 6.26. (рисунок проецируется на экране)

Лампы освещения соединяются по схеме звезда с нейтральным проводом.

Расчет фазных напряжений и токов.

При соединении звездой UЛ = v3UФ, отсюда UФ = UЛ / v3 = 380 / v3 Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

32

= 220 В. Осветительная нагрузка имеет коэффициент мощности cos ? = 1, поэтому PФ = UФ · IФ и фазные токи будут равны:

IА = PА / UФ = 1760 / 220 = 8 А;

IB = PB / UФ = 2200 / 220 = 10 А;

IC = PC / UФ = 2640 / 220 = 12 А.

Построение векторной диаграммы и определение тока в нейтральном проводе.

Векторная диаграмма показана на рис. 6.27 (рисунок проецируется на экране). Ее построение начинаем с равностороннего треугольника линейных напряжений UAB, UBC, UCA, и симметричной звезды фазных напряжений Ua, Ub, Uc. При таком построении напряжение между любыми точками схемы можно найти как вектор, соединяющий соответствующие точки диаграммы, поэтому диаграмму называют топографической.

Токи фаз IA, IB, IC связаны каждый со своим напряжением; в нашем случае по условию ? = 0, и токи совпадают по фазе с напряжениями. Ток в нейтральном проводе IN = IA + IB + IC. По построению (в масштабе) по величине IN = 2,5 А.

Вычисление активной мощности в цепи.

Активная мощность цепи равна сумме мощностей ее фаз:

P = PA + PB + PC = 1760 + 2200 + 2640 = 6600 Вт.

Дополнительные вопросы к задаче 1

1. Может ли ток в нейтральном проводе быть равным нулю?

Ток в нейтральном проводе равен нулю при симметричной нагрузке, в этом случае для нормальной работы цепи нейтральный провод не нужен, т.е. питание нагрузки возможно по трехпроводной схеме.

2. Как изменится режим работы цепи, если в одну из фаз вместо освещения включить двигатель?

Ток в этой фазе будет определяться включенной в нее нагрузкой, токи во остальных фазах не изменятся, изменится ток в нейтральном проводе (как по величине так и по фазе).

3. Какие токи изменятся, если в одной из фаз произойдет обрыв?

Токи в оставшихся фазах не изменятся, т.к. при наличии нейтрального провода напряжения на фазах всегда равны напряжениям источника. Изменится ток в нейтральном проводе.

4. Как изменится режим работы цепи при обрыве нейтрального провода?

При несимметричной нагрузке при обрыве нейтрали между точками "N" источника и "n" нагрузки появляется напряжение смещения нейтрали UnN, и искажается звезда фазных напряжений на нагрузке, т.е. на каких-то фазах нагрузки напряжение будет больше номинального, а на каких-то меньше, что является для нее аварийным режимом. Т.к. нейтрального провода нет, сумма фазных токов равна нулю.

Рассмотрим пример решения задач при соединении источников и потребителей «треугольником». Запишем условия задачи.

Задача 2

В трехфазную сеть с UЛ = 380 В включен соединенный треугольником трехфазный асинхронный двигатель мощностью P = 5 кВт, КПД двигателя равен ?Н = 90%, коэффициент мощности cos ?Н = 0,8. Определить фазные и линейные токи двигателя, параметры его схемы замещения RФ, XФ, построить векторную диаграмму. Включить ваттметры для измерения активной мощности и найти их показания.

Анализ и решение задачи 2

Расчетная схема

Двигатель является активно-индуктивным потребителем энергии, его схема замещения приведена на рис. 6.28. (рисунок проецируется на экране)

Расчет активной мощности и токов, потребляемых двигателем из сети.

В паспорте двигателя указывается механическая мощность на валу; потребляемая активная мощности двигателя

P = PН / ? = 500 / 0.9 = 5560 Вт.

Для симметричной нагрузки, какой является двигатель,

P = 3 UФ IФ cos ? и IФ = P / (3 UФ cos ?).

IФ = 5560 / (3 · 380 · 0,8) = 6,09 А.

IЛ = v3IФ = v3 · 6,09 = 10,54 А.

Расчет параметров схемы замещения двигателя.

ZФ = UФ / IФ = 380 / 6,09 = 62,4 Ом; RФ = ZФ cos ? = 62,4 · 0,8 = 49,9 Ом;

XФ = ZФ sin ?Ф = 62,4 · 0,6 = 37,4 Ом; cos ?Ф = cos ?Н = 0,8.

Построение векторной диаграммы.

Линейные напряжения строятся в виде симметричной звезды, они же являются в данном случае фазными напряжениями. Фазные токи отстают от напряжений на угол ?Ф, линейные токи строятся по фазным на основании уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа:

IA = Iab - Ica; IB = Ibc - Iab; IC = Ica - Ibc.

Векторная диаграмма показана на рис. 6.29. (рисунок проецируется на экране)

Схема включения ваттметров.

В трехпроводных сетях часто для измерения активной мощности применяется схема двух ваттметров, один из вариантов которой показан на рис. 6.30. (рисунок проецируется на экране) Показания ваттметра определяются произведением напряжения, приложенного к его катушке напряжения, на ток в токовой катушке и косинус угла между ними:

P1 = UAB IA cos (UAB ^ IA) = 380 · 10,54 · cos (?Ф + 30°) = 1573 Вт;

P2 = UCB IC cos (UCB ^ IC) = 380 · 10,54 · cos (?Ф - 30°) = 3976 Вт.

Активная мощность трехфазной цепи равна алгебраической сумме показаний приборов:

P = P1 + P2 = 1573 + 3976 = 5549 Вт.

Дополнительные вопросы к задаче 2

1. Можно ли этот двигатель включать в сеть с UЛ = 660 В?

Если при соединении треугольником двигатель имеет UЛ = 380 В, его можно использовать при Uсети = 660 В, соединив фазы звездой, т.к. при этом напряжение на его фазах UФ = 380 В.

2. Можно ли данный двигатель использовать в сети с UЛ = 380 В при соединении его обмоток звездой?

Можно, но напряжения на его фазах снижаются в раз против номинальнРазмещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

32

ого, что снижает допустимую мощность на валу; при номинальной нагрузке токи в обмотках двигателя будут больше номинальных.

3. Как еще можно включить ваттметры для измерения активной мощности, потребляемой двигателем?

Запишем условия следующей задачи.

Задача 3

К источнику с UЛ = 220 В подключена соединенная треугольником осветительная сеть. Распределение нагрузки по фазам: PAB = 2200 Вт, PBC = 3300 Вт, PCA = 4400 Вт. Вычислить активную мощность, потребляемую схемой из сети, фазные и линейные токи приемников.

Анализ и решение задачи 3

Активная мощность всей нагрузки равна сумме мощностей фаз:

P = PAB + PBC + PCA = 2200 + 3300 + 4400 = 9900 Вт.

Расчет фазных токов. Т.к. осветительная сеть имеет cos ? = 1, для любой фазы IФ = PФ / UФ, поэтому:

IAB = PAB / UAB = 2200 / 220 =10 А;

IBC = PBC / UBC = 3300 / 220 =15 А;

ICA = PCA / UCA = 4400 / 220 =20 А.

Аналитический расчет линейных токов выполняется комплексным методом на основании 1-го закона Кирхгофа; определим их графически, построив векторную диаграмму (рис. 6.33, а) (рисунок проецируется на экране)

Из диаграммы следует: IA = 27,6 А; IB = 22,8 А; IC = 26,6 А.

Дополнительные вопросы к задаче 3

1. Какие токи изменятся при перегорании ламп в фазе "AB"?

Ток IAB станет равен нулю; токи в фазах "BC" и "CA" останутся прежними, т.к. фазные напряжения не изменятся. Линейный ток IC, обусловленный токами IBC и ICA, также останется прежним, токи IA и IB будут равны по величине соответствующими фазными токами, т.к. по 1-му закону Кирхгофа теперь IA = -ICA, IB = -IBC (рис. 6.33, б). (рисунок проецируется на экране)

2. Как изменятся токи в схеме при обрыве линейного провода "A"?

Режим работы фазы "BC" не изменяется, т.к. напряжение на ее зажимах остается номинальным. При обрыве линии "A" IA = 0; сопротивление фаз "AB" и "BC" соединены последовательно и включены на напряжение UBC, т.е. IAB = ICA = UBC / (RAB + RCA); напряжение UBC распределяется между ними пропорционально величинам сопротивлений.

4. Самостоятельная работа студентов

Преподаватель делит группу на шесть вариантов и предлагает самостоятельно решить каждому студенту по две задачи.

В процессе выполнения самостоятельной работы студент должен решить нижеприведенные задачи, используя лекционный материал. Примеры расчета и анализа рассмотрены выше.

Задача1

Трехфазный асинхронный двигатель, соединенный звездой, включен в сеть с UЛ = 380 В. Сопротивление каждой фазы двигателя равно ZФ = 5 + j5 Ом. Привести схему включения двигателя, определить потребляемую им активную мощность и построить векторную диаграмму.

Ответ: 14440 Вт.

Задача 2

В трехфазную сеть с UЛ = 380 В включен соединенный звездой трехфазный асинхронный двигатель с PН = 3 кВт, IН = 10 А, ?Н = 90 %. Начертить схему включения двигателя, вычислить параметры его схемы замещения RФ, XФ. Построить векторную диаграмму.

Ответ: RФ = 11,16 Ом, XФ = 18,96 Ом

Задача 3

Три одинаковых резистора RA = RB = RC = 10 Ом соединены звездой и подключены к источнику с UЛ = 220 В. Найти токи в схеме в исходном режиме и при обрыве провода "A" при работе с нейтральным проводом и без него. Построить векторные диаграммы.

Ответ: Исходный режим - IA = IB = IC = 12,7 В; обрыв фазы "A" при наличии нейтрали - IA = 0; IB = IC = IN = 12,7 А; обрыв фазы при отсутствии нейтрали - IA = 0; IB = IC = 11 А.

Задача 4

В трехфазную сеть с UЛ = 380 В включен по схеме треугольник асинхронный двигатель, имеющий ZФ = 19 Ом, cos ?Ф = 0,8. Найти линейные токи и активную мощность, потребляемую двигателем из сети. Построить векторную диаграмму.

Ответ: 34,6 А; 18,2 кВт.

Задача 5

В сеть с UЛ = 380 В включен соединенный треугольником симметричный приемник ZФ = (6 + j8) Ом. Найти линейные токи, активную и реактивную мощности цепи.

Ответ: 66А; 26кВт; 34,7 квар.

Задача 6

Трехфазная печь включена в сеть с UЛ = 380 В по схеме треугольник. Найти линейный ток и мощность печи, если RФ = 10 Ом. Как изменятся линейный ток и мощность печи, если ее включить в ту же сеть по схеме звезда?

Ответ: 65,7 А; 43,2 кВт; 21,9 А; 14,4 кВт.

4. Подведение итогов

Подведение итогов занятия, анализ усвоения учебного материала методом проверки самостоятельных работ студентов.

Домашнее задание: Изучить пройденный материал, выполнить контрольное задание № 3 «Расчет трехфазных цепей переменного тока» в разделе «КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ, ЦЕПИ ТРЁХФАЗНОГО ТОКА».

Для самоконтроля рекомендую выполнить тестовые задания в разделе «КОЛЛОКВИУМ».

2.3.3 План- конспект занятия №3

Тема: «Трехфазная цепь при соединении потребителей звездой»

Занятие: Лабораторная работа.

Цель занятия: Проанализировать режимы работы симметричного и несимметричного потребителей электрической энергии в трехфазной цепи при соединении "звездой" при наличии и отсутствии нейтрального провода. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов трехфазной цепи.

Задачи:

Обучающая: Закрепить и систематизировать знания о режимах работы симметричного и несимметричного потребителей электрической энергии в трехфазной цепи при соединении "звездой" при наличии и отсутствии нейтрального провода. Формировать умения построения векторных диаграмм напряжений и токов трехфазной цепи.

Развивающая: Развивать у студентов умение анализировать режимы работы симметричного и несимметричного потребителей электрической энергии в трехфазной цепи при соединении "звездой" при наличии и отсутствии нейтрального провода. Содействовать развитию познавательного интереса к предмету посредством обучения переносить знания в практическую деятельность.

Воспитывающая: Способствовать формированию и развитию технологической культуры, аккуратности, бережного отношения к оборудованию. Воспитывать инициативу и самостоятельность в трудовой деятельности, желание рационализировать технологический процесс.

Обеспечение занятия:

МТО: Персональный компьютер, интерактивная доска, мультимедийный проектор.

ДО: Электронный учебник «Электротехника», виртуальная лабораторная установка.

МО: Электротехника. Учебное пособие для ВУЗов. Развёрнутый план-конспект.

Структура занятия

1. Организационный момент 3-5 мин.

2. Актуализация опорных знаний 3-5 мин.

3. Описание виртуальной лабораторной установки 10-15 мин.

4. Расчетное задание 10-15 мин.

5. Экспериментальная часть 15-20 мин.

6. Обработка результатов эксперимента 20-25 мин.

7. Подведение итогов 3-5 мин.

Итого: 90 мин.

Ход занятия:

1. Организационный момент

Начнём занятие с проверки наличия студентов.

Тема сегодняшнего занятия «Трехфазная цепь при соединении потребителей звездой»

В течение занятия мы проанализируем режимы работы симметричного и несимметричного потребителей электрической энергии в трехфазной цепи при соединении "звездой" при наличии и отсутствии нейтрального провода. Научимся строить векторные диаграммы напряжений и токов трехфазной цепи.

В целях повышения качества усвоения учебного материала на занятии будет использоваться электронный учебник.

Все записи результатов измерений, расчётов и выводы заносим в методическое пособие по выполнению лабораторной работы.

2. Актуализация опорных знаний

Чтобы успешно справиться с поставленной задачей, мы должны вспомнить пройденный материал. Для чего проведём устный опрос.

- Как выполнить соединение приемников электрической энергии звездой?

- Что понимается под линейными фазными токами и напряжениями?

- Какие соотношения связывают линейные и фазные токи, линейные и фазные напряжения при симметричной и несимметричной нагрузке, соединенной звездой?

- Каковы особенности режима при обрыве одного из линейных проводов?

По вашим ответам можно сделать вывод, что Вы готовы к работе. Итак, начнем.

3. Описание виртуальной лабораторной установки

Откройте на своих персональных компьютерах электронный учебник, раздел «Лабораторные работы, трёхфазная звезда»

Лабораторная работа связана с изучением симметричной и несимметричной нагрузок, соединенных звездой, с нейтральным проводом и без него (8 опытов). Схема электрическая принципиальная приведена ниже. (схема проецируется на экран) Для измерения мощности, напряжения и тока в фазах, используется комплект измерительных приборов PW1, PV1, PA1, который необходимо переключать между фазами вручную. Соответствующий переключатель имеется в приведенной рядом со схемой форме. Та же форма используется для программирования наличия или отсутствия нейтрального провода в схеме. Для подобных опытов автоматически реконфигурируется "Панель измерительных приборов" (отображается либо амперметр PA2, либо вольтметр PV2).

4. Расчетное задание

Произвести расчет напряжений, токов и мощностей трехфазной цепи при соединении потребителей звездой для следующих режимов:

а) симметричный режим с нейтральным проводом и без него;

б) обрыв фазы при симметричном режиме с нейтральным проводом;

в) обрыв фазы при симметричном режиме без нейтрального провода;

г) несимметричный режим с неоднородной нагрузкой и нейтральным проводом;

д) несимметричный режим с неоднородной нагрузкой без нейтрального провода;

е) обрыв фазы несимметричного режима с нейтральным проводом;

ж) обрыв фазы несимметричного режима без нейтрального провода.

Варианты исходных данных приведены в табл. 1. Сценарий расчетов -- ниже. Линейные напряжения сети 220 В.

Таблица 1
	Вариант
Режим работы	1	2	3	4	5	6
Симметричная нагрузка	Rф, [Ом]	200	250	350	200	250	350
Несимметричная неоднородная нагрузка	Ra, [Ом] Сa, [мкФ] Rb, [Ом] Сb, [мкФ] Rc, [Ом] Сc, [мкФ]	350 - 350 - 250 10	250 - 100 10 350 -	150 20 350 - 200 -	250 - 350 - 200 30	200 20 250 - 250 -	350 - 150 30 250 -
Отключена фаза	A	C	B	A	B	C

- Составить расчетную схему замещения трехфазного потребителя, соединенного звездой, в соответствии с вариантами исходных данных (табл. 1). - Записать соотношения между линейными и фазными напряжениями; определить напряжения фаз потребителя (Ua , Ub, Uc) в каждом расчетном режиме.

- Рассчитать токи в фазах для указанных выше режимов. При расчете токов в фазах для режимов "г, д, е, ж" предварительно необходимо рассчитать величину сопротивления в фазе с емкостной нагрузкой и сдвиг по фазе между током и напряжением.

- По результатам расчетов построить векторные диаграммы напряжений и токов для всех рассчитанных режимов цепи.

- Записать уравнения для определения тока в нейтральном проводе. Определить его по векторной диаграмме путем векторного суммирования фазных токов.

5. Экспериментальная часть

В соответствии с программой исследований (табл. 2), выполнить восемь серий опытов. Сопротивления фаз нагрузки (Za, Zb, Zc) устанавливать по варианту см. табл. 1. Четырехпроводная цепь будет при наличии нейтрального провода (ключ в схеме замкнут), трехпроводная - при его отсутствии (ключ разомкнут). Неоднородность несимметричной нагрузки обеспечивается добавлением последовательно включаемого конденсатора в одну из фаз нагрузи. Все требуемые настройки программируются в форме, расположенной левее схемы.

Студенты выполняют замеры, данные заносят в таблицу 2.

Таблица 2
	Четырехпроводная цепь	Трехпроводная цепь
Фаза	Uф, В	Iф, А	Pф, Вт	IN, А	cos ?	Uф, В	Iф, А	Pф, Вт	UnN, А	cos ?
Симметричная нагрузка
a
b
c
Обрыв фазы при симметричной нагрузке
a
b
c
Окончание табл. 2
Несимметричная неоднородная нагрузка
a
b
c
Обрыв фазы при несимметричной неоднородной нагрузке
a
b
c

6. Обработка результатов эксперимента

6.1. Для всех опытов (по данным измерений, табл. 2) рассчитать коэффициент мощности (cos ? фаз потребителя).

6.2. По результатам измерений (на четырех листах А4) построить восемь векторных диаграмм напряжений и токов (используя циркуль!). При построении диаграмм для режимов с неоднородной нагрузкой учесть, что в фазе с активно-емкостной нагрузкой ток опережает напряжение на некоторый угол, меньший, чем 90 градусов.

6.3. Для каждого опыта записать уравнение по первому закону Кирхгофа для нейтральной точки потребителя, и, путем соответствующих построений (на векторной диаграмме), убедиться в справедливости закона. 6.4. Идентифицировать физические величины соответствующие приведенным осциллограммам. В рассуждениях рекомендуется опираться на эксперименты. Можно манипулировать коммутацией элементов схемы или их параметрами (точки подключения каналов осциллографа неизменны). Допустимо привлекать теоретические положения.

Контрольные вопросы (должны быть отражены в выводах)

- Произвести сравнение результатов опытов для симметричной нагрузки и сделать вывод о рациональном подключении ее к сети (трехпроводная или четырехпроводная цепь).

- Произвести сравнение результатов опытов для несимметричной нагрузки и обосновать необходимость применения нейтрального провода (обрыв фазы является несимметричной нагрузкой).

- Почему в нейтральный провод ни когда не устанавливают предохранители (что произойдет, если одна из фазных нагрузок закоротит и этот предохранитель сгорит)?

7. Подведение итогов

Подведение итогов занятия, анализ усвоения учебного материала, сбор методических пособий по выполнению лабораторной работы.

Домашнее задание: Изучить пройденный материал, выполнить для самоконтроля тестовые задания в разделе «КОЛЛОКВИУМ».

2.4 Методический анализ разработанных занятий

Выберем для методического анализа занятие № 1 по теме «Трёхфазные электрические цепи, основные понятия и определения. Соединение фаз генератора и приемника звездой, треугольником. Мощность трёхфазной цепи, её расчёт и измерение». По сводному тематическому планированию данное занятие проводится в изучении раздела «Трёхфазные цепи». Тип занятия был определен как теоретическое занятие, что соответствует методике обучения в ВУЗах, месте темы в курсе, содержанию материала и задачам занятия. При подготовке к занятию были учтены:

§ особенности восприятия теоретического материала при использовании на занятии электронного учебника;

§ особенности внимания и его устойчивость (преподаватель применял различные методы - рассказ, беседу, объяснение, конспектирование, демонстрировал наглядные пособия и целесообразно чередовал их);

§ особенности мышления студентов ВУЗа.

Структура занятия (орг. момент - актуализация знаний - сообщение нового материала - подведение итогов) соответствует типу занятия, его задачам и требованиям.

При изложении материала преподаватель учитывал принципы наглядности, активности, посильности и научности, последовательности изложения. Методы применялись разнообразные, соответствующие задачам, типу занятия, возрастным особенностям учащихся. Содержание учебного материала полностью отражало теорию трёхфазных электрических цепей и способы соединения в них источников и потребителей энергии .

На занятии применялись технические средства обучения (персональный компьютер, интерактивная доска, мультимедийный проектор).

Соблюдались правила техники безопасности при работе с ТСО.

Поставленные задачи на занятии были решены. Недостатком занятия является слабая реализация межпредметных связей с устройством и эксплуатацией автомобиля.

Общая оценка занятия - 4 (хорошо).

Показатели успешности занятия

Таблица 3

№	Показатели	Критерии успешности	Оценка в баллах
1	2	3	4
1	Оснащение занятия	Наличие ТСО	5
		Наличие дидактических средств (плакатов, карточек и т.д.)	5
		Средняя оценка:	5
2	Содержание занятия	Соответствие содержания занятия программе	5
		Работа с формированием понятийного аппарата	4
		Осуществление межпредметных связей	3
		Средняя оценка:	4
3	Планирование занятия	Оценка структуры занятия и целесообразности разбивки времени на каждый этап	4
		Постановка целей и мотивация учащихся, разъяснение значимости изучаемого материала	4
		Логика перехода от одного этапа к другому	4
		Актуализация знаний учащихся, связь нового материала с ранее изученным и имеющимся опытом	4
		Средняя оценка:	4
4	Реализация принципов обучения	Принцип сознательности и активности	5
		Принцип научности	5
		Принцип доступности обучения	5
		Принцип наглядности	5
		Принцип систематичности и последовательности	5
		Характер познавательной деятельности учащихся (репродуктивный, творческий)	4
		Средняя оценка:	4,8
5	Методы обучения	Методы активизации познавательной деятельности	4
		Выбор методов в соответствии с целями и задачами занятия	5
		Учет возрастных особенностей учащихся	5
		Методы воспитания учащихся	5
		Средняя оценка:	4,75

Полученный график позволяет увидеть и оценить качество проектирования занятия, наглядно продемонстрировать успехи и недостатки выполненной разработки.

Средняя

оценка 5

4

3

2

1

1 2 3 4 5 Показатели

Рис. 1 График показателей успешности занятия

Наиболее низкий балл получил показатель «содержание занятия». В частности недостаточную реализацию получил принцип учета межпредметных связей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современная степень развития коммуникационных ресурсов открыла перед разумным человечеством новые горизонты на поле образовательной деятельности, но при этом поставила и новые задачи. Решение одной из них - суть проделанной работы.

Бурное развитие информационных технологий, медленное, но неуклонное превращение компьютера из сакрального предмета, доступного лишь узкому кругу посвященных, в явление повседневной обыденности, появление Internet и т.д. - все это рано или поздно должно было затронуть и такую традиционно консервативную область, как отечественное образование. В последние годы все мы стали свидетелями появления сначала англоязычных, а затем и отечественных электронных энциклопедий, предоставляющих пользователям принципиально новые "степени свободы" нежели их традиционные, "бумажные" аналоги. Отсюда уже один шаг оставался до попыток создать принципиально новые учебные пособия - электронные учебники. В настоящее время, когда процесс создания таких учебников уже вышел за рамки отдельных частных экспериментов, когда предпринимаются активные попытки внедрить их в учебный процесс, и на этом пути уже накоплен некоторый опыт, можно, наконец, говорить о том, что определение самого термина "электронный учебник" и его концепция, которую первопроходцы-энтузиасты нащупывали практически вслепую, начинает, наконец, проясняться.

Электронные учебники обладают рядом преимуществ:

- Первое, это возможность включать в них современные (в том числе мультимедийные) способы представления информации, в виде обучающих программ, использующих в том числе средства анимации.

- Второе, возможность включать интерактивные средства контроля знаний для проверки, в том числе и самопроверки,

-И третье, при сегодняшнем сложном состоянии с учебниками, электронную версию легко "сбросить" на любой электронный носитель информации и пользоваться им на домашнем компьютере. Если при этом учебник положить на сервер, то к нему может быть обеспечен неограниченный доступ.

Для достижения цели нашей курсовой работы, а именно выявить методические основы применения электронного учебника на занятиях по электротехнике, мы решали ряд задач:

1. Проанализировали основные проблемы, связанные с компьютерным обучением.

2. Обозначили основные требования к компьютерным обучающим программам.

3. Описали основные аспекты разработки компьютерных обучающих программ.

4. Рассмотрели психолого-педагогические проблемы при разработке компьютерных обучающих программ.

5. Разработали планы-конспекты занятий по электротехнике с применением электронного учебника.

В результате изучения проблемы мы пришли к следующим выводам:

2. Модель компьютерного занятия как дидактическая система включает:

-номенклатуру целей обучения знаниям и умениям, целей развития основных сфер деятельности человека, целей формирования учебной деятельности;

- характеристику содержания учебного материала, критерии его отбора для создания программных педагогических средств, связи программного материала с остальным содержанием занятия;

- характеристику дидактической структуры занятия;

- его мотивационное обеспечение;

- указания на формы связи деятельности преподавателя и применения компьютера, и связанное с ними сочетание методов обучения.

Педагогическая эффективность компьютерного занятия зависит от ряда вышеназванных факторов и от того, насколько реализован замысел, представленный в его модели.

2. Основной показатель высокого качества обучающей программы -- эффективность обучения. Эффективность программы целиком и полностью определяется тем, насколько она обеспечивает предусмотренные цели обучения, как ближайшие, так и отдаленные. При формировании требований к обучающим программам следует, прежде всего, ориентироваться на принципы обучения, содержание которых базируется на современных теоретических достижениях в области педагогики и психологии, что и позволяет использовать их в качестве системы дидактических требований.

3. Традиционная методика обучения и методика обучения с использованием компьютера значительно отличаются. Назрела существенная необходимость разработки структурированных учебных материалов для использования их в компьютерных обучающих программах (КОП), разработки методики их подачи и осуществления контроля знаний в КОП. Подобные методики могут быть разработаны только на основе эксплуатации КОП в реальном учебном процессе и обобщения опыта и пожеланий пользователей (преподавателей и учащихся). Для создания качественной обучающей программы необходимо привлечение методистов в предметной области (математика, физика, химия и т.д.), дизайнера и программистов.

Нами был разработан фрагмент календарно-тематического плана учебных занятий по разделу «Трёхфазные цепи» , 3 плана-конспекта занятий. При создании этих материалов особое внимание уделялось созданию методики применения электронного учебника по предмету для более качественного усвоения учебного материала.

Таким образом, применение этой педагогической технологии позволяет значительно расширить рамки учебного процесса, сделать его более интересным, эффективным и оптимальным, увеличить мотивацию обучающихся. Поэтому цель нашей работы мы считаем достигнутой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Морев, И. А. Образовательные информационные технологии. Часть 1[Текст] : учеб. пособие/ И. А. Морев - Владивосток: Изд-во Дальневосточного университета, 2004.

2. Ежова, Н.М. Некоторые проблемы компьютеризации школы [Текст]/ Н.М.Ежова - Спб.: ЦПО, Изд-во «Информатизация образования», 2004.

3. Полат, Е. С. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования [Текст]: учеб. пособие для студ. пед. вузов и системы повыш. квалиф. пед. кадров / Е.С.Полат, М.Ю.Бухаркина, М.В. Моисеева, А.Е. Петров; -- М.: Технологии обучения Издательский центр «Академия», 2001.

4. Образцов, П.И. Психолого-педагогические аспекты разработки и применения в вузе информационных технологий обучения [Текст]/ П.И.Образцов - Орел ГТУ, 2000.

5. Бабаева, Ю.Д. Психологические последствия информатизации [Текст] / Ю.Д.Бабаева, А.Е. Войскунский // Психологический журнал. - 1998. - №1.

6. Беспалько, В.П. Педагогика и прогрессивные технологии обучения [Текст]/ В.П.Беспалько В.П. - М.,1995.

7. Васильева, И.А. Психологические аспекты применения информационных технологий [Текст] / И.А.Васильева, Е.М.Осипова, Н.Н. Петрова// Вопросы психологии. - 2002. - №3.

8. Гершунский, Б.С. Компьютеризация в сфере обучения: проблемы и перспективы [Текст] / Б.С. Гершунский - М.: Педагогика, 1987.

9. Иванов, В.Л. Электронный учебник: системы контроля знаний [Текст] / В.Л. Иванов // Информатика и образование. - 2002.- №1.

10. Калягин, И. Новые информационные технологии и учебная техника [Текст] / И.Калягин, Г.Михайлов // Высшее образование в России. - 1996. - №1.

11. Концепция информатизации образования [Текст] // Информатика и образование. - 1990. - №1.

12. Монахов, В.М. Концепция создания и внедрения новой информационной технологии обучения [Текст] / В.М. Монахов // Проектирование новых информационных технологий обучения. - М.,1991.

13. Молоков, Ю.Г. Актуальные вопросы информатизации образования [Текст] / Ю.Г.Молоков, А.В.Молокова // Образовательные технологии: Сборник научных трудов. - Новосибирск, ИПСО РАО, 1997.

14. Педагогико-эргономические условия безопасного и эффективного использования средств вычислительной техники, информатизации и коммуникации в сфере общего среднего образования [Текст] // Информатика и образование. - 2002. - №1.

15. Андреев, Г.П. Компьютеризация процесса обучения в ВУЗе: проблемы, тенденции, перспективы [Текст] / Г.П.Андреев - М.: ВПА, 1990.

16. Андреев, Г.П. Некоторые проблемы компьютеризации учебного процесса в ВУЗах [Текст] / Г.П.Андреев // Военная мысль. - 1995. -№ 9.

17. Беспалько, В.П. Слагаемые педагогической технологии [Текст] / В.П. Беспалько - М.: Педагогика, 1989. - 192 с.

18. Булгаков, М.В. Технологические аспекты создания компьютерных обучающих программ [Текст] / М.В.Булгаков, А.Е.Пушкин, С.С.Фокин -М.: Изд. МГУ, 1994. - С. 147-152.

19. Гершунский, Б.С. Компьютеризация в сфере образования : Проблемы и перспективы [Текст] / Б.С. Гершунский - М.: Педагогика, 1987. - 265 с.

20. Гусев, В.В. Информационные технологии в образовательном процессе ВУЗа [Текст] / В.В.Гусев, П.И.Образцов, В.М. Щекотихин - Орел: ВИПС, 1997.

21. Использование ЭВМ в высшей школе // Сб. научн.труд. НИИ проблем ВШ. - М.: НИИ ВШ, 1986.

22. Кимайкин, С.И. Условия подготовки преподавателей технического ВУЗа к комплексному применению средств обучения [Текст] / С.И. Кимайкин: Автореферат дис. канд. пед. наук. - Челябинск: ЧГУ, 1987.- 23 с.

23. Козлова, Г.А. Дидактическая эффективность компьютеризации обучения (по материалам зарубежных публикаций) [Текст] / Г.А. Козлова Автореф. дис. ...канд. пед. наук. - М.: МПУ, 1992.

24. Тихонов, А.Н. Компьютерные технологии в высшем образовании [Текст] / ред.кол.: А.Н.Тихонов, В.А.Садовничий и др. - М.: Изд.МГУ, 1994.

25. Ляудис, В.Я. Психологические принципы конструирования диалоговых обучающих программ в ситуации компьютерного обучения [Текст] / В.Я. Ляудис // Психолого-педагогические и психофизиологические проблемы компьютерного обучения. - М.: Педагогика , 1985. - С. 85-94.

26. Машбиц, Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения [Текст] / Машбиц Е.И. - М.: Педагогика, 1988.

27. Разумовский, В.Г. Новые информационные технологии образования : экспериментальная проверка педагогической эффективности [Текст] / - Новосибирск: НИИИВТ, 1991.

28. Образцов, П.И. Дидактические аспекты эффективного применения компьютерных средств обучения в ВУЗе [Текст] / П.И. Образцов // Сб.научн.трудов ученых Орловской области. Выпуск № 2. - Орел: Орел ГТУ, 1996. - 468-475 с.

29. Савельев, Н.А. Проблема методики оценки дидактической эффективности применения компьютеризированных учебников [Текст] / Н.А.Савельев, П.И.Образцов, М.Г. Приходько // Сб.научн.трудов ВИПС. - Орел: ВИПС, - 1995. -№ 2.

30. Каминский, Е. А. Звезда и треугольник [Текст] / Е.А. Каминский, М. - 1961 г.

31. Пантюшин В. С. Теоретические основы электротехники [Текст] / под ред. В. С. Пантюшина, т. 1, М., 1972.

32. Зевеке, Г.В. Основы теории цепей [Текст]: учеб. для вузов / Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. 5-е изд., перераб. -М.: Энергоатомиздат, 1989.

33. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи [Текст] : учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей ВУЗов/ Л.А. Бессонов -7-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1978.- 528 с.

Размещено на Allbest.ru